TW202307897A - 電子源及其製造方法、以及具備電子源的裝置 - Google Patents

電子源及其製造方法、以及具備電子源的裝置 Download PDF

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Abstract

依本發明之電子源之製造方法，包含以下步驟：(A)步驟，從電子發射材料之塊材切出晶片、(B)步驟，將晶片之第一端部固定於支撐針之前端、(C)步驟，使晶片之第二端部變尖。(A)步驟包含以下步驟：對塊材之表面照射離子束，而在塊材形成構成晶片之第一及第二面之第一及第二溝。晶片之第一端部包含夾角α為10～90°之第一面與第二面。(B)步驟包含以下步驟：在支撐針之前端與晶片之第一端部之間形成接合部。

Description

電子源及其製造方法、以及具備電子源的裝置
本發明係關於一種電子源及其製造方法、以及具備電子源的裝置。
電子源例如係使用於電子顯微鏡及半導體檢查裝置。電子源具備由電子發射材料構成之晶片。例如，熱電場發射型電子源之晶片，可藉由將其前端削尖，而透過電場集中效果發射更多的電子。專利文獻1揭示使用離子束將晶片的前端削尖。 [先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：美國專利第5993281號說明書
[發明所欲解決之課題]
近年，尋求電子源所具備之晶片之更加微小化。本發明提供一種可有效率地製造微小的電子源之方法。又，本發明提供一種可對應微小化之要求之電子源，以及具備該電子源之裝置。 [解決課題之手段]
依本發明之一態樣之電子源之製造方法包含以下步驟。 (A)從電子發射材料之塊材切出電子發射材料之晶片之步驟。 (B)將晶片之第一端部固定於支撐針的前端之步驟。 (C)將固定於支撐針的前端之晶片的第二端部削尖之步驟。 上述(A)步驟包含以下步驟。 (a1)透過對塊材的表面照射離子束，而將構成晶片的第一面之第一溝形成於塊材。 (a2)透過對塊材的表面照射離子束，而將構成晶片的第二面之第二溝形成於塊材。 晶片之第一端部包含夾角為10～90°之第一面及第二面。 上述(B)步驟包含在支撐針之前端與晶片之第一端部之間形成接合部之步驟。
依上述製造方法，在(A)步驟中，藉由使用離子束，可有效率地從塊材切出具有既定之形狀且極為微小之晶片。又，在(B)步驟中，將晶片之第一端部接合於支撐針的前端，且此第一端部包含第一面及第二面，故可確保有足夠的接合部之面積。藉此，可足夠地抑制晶片從支撐針脫落。
依本發明之一態樣之電子源，包含具有前端之支撐針、具有第一及第二端部之電子發射材料之晶片，以及將晶片之第一端部固定於支撐針的前端之接合部，晶片之第一端部包含夾角為10～90°之第一面與第二面。
依上述電子源，支撐針之前端與晶片之第一端部接合，且此第一端部包含第一面及第二面。故，可確保有足夠的接合部之面積。藉此，可足夠地抑制晶片從支撐針脫落。
在上述電子源中，晶片之第一端部可抵接於支撐針的前端，亦可使支撐針之前端與晶片之第一端部分離並使兩者之間存在構成接合部之材料。支撐針之前端的寬度Wa與晶片之第一端部的寬度Wb較佳滿足以下不等式所表示之條件1及條件2中的一方。 (條件1)1≦Wa/Wb≦10000 (條件2)1≦Wb/Wa≦10000
上述電子源可極為微小。上述支撐針之前端的寬度例如係0.5～10μm。晶片之第一端部的寬度例如係0.5μm以下。從長期穩定進行電子發射之觀點而言，在縱剖面中，電子發射材料之晶片之第二端部的角度例如係5～90°。
依本發明之一態樣之裝置具備上述電子源。作為具備電子源之裝置，例如可舉出電子顯微鏡、半導體製造裝置及檢查裝置。 [發明之效果]
透過本發明，提供可有效率地製造微小的電子源之方法。又，透過本發明，提供可對應微小化之要求之電子源，以及具備該電子源之裝置。
以下，參照圖式說明本發明之實施態樣。以下之說明中，對於相同要素或具有相同機能之要素使用相同符號，並省略重複之說明。又，本發明不限於以下之實施態樣。
＜電子源＞ 圖1(a)係示意表示具備依本實施態樣之電子源之電子槍之構成的一部份之前視圖，圖1(b)係電子源之前端部的放大圖。圖1(a)所示之電子槍50稱為熱電場發射型。電子槍50具備電子源10、燈絲12a及12b、電極15a及15b、礙子18。透過對燈絲12a、12b通電，加熱電子源10而從電子源10之前端部發射電子。作為具備電子源10之裝置，可舉出電子顯微鏡、半導體製造裝置、檢查裝置及加工裝置。
如圖1(b)所示，電子源10係由電子發射材料之晶片1、支撐該晶片1之支撐針3以及將晶片1固定於支撐針3之前端面3a之接合部5構成。電子源10之前端部係以晶片1之前端部1a(第二端部)構成。
圖2係將電子源10之前端部擴大表示之端面圖。晶片1微小，其長度(圖2之長度L)例如係2～3μm。晶片1由電子發射材料構成。電子發射材料係透過加熱而發射電子之材料。作為電子發射材料之例，可舉出六硼化鑭(LaB 6)、六硼化鈰(CeB 6)等稀土類硼化物；鎢、鉭、鉿等高熔點金屬及其氧化物、碳化物及氮化物。
如圖2所示，晶片1之基端部1b(第一端部)由第一面F1及第二面F2構成。基端部1b與前端面3a相向。本實施態樣中，基端部1b抵接於前端面3a。第一面F1與第二面F2之夾角(圖2之角度α)例如係10～90°，從基端部1b對於前端面3a之強力接合之觀點而言，較佳為45～85°。從長期穩定進行電子發射之觀點而言，在縱剖面中，晶片1之前端部的角度(圖2之角度β)，例如，較佳為5～90°，更佳為10～30°。
支撐針3亦為微小，其前端面3a例如係直徑0.5～10μm之圓形狀。又，此直徑可係0.5～8μm或0.6～2μm。支撐針3係由具有導電性並且具有優異耐熱性之材料構成。作為構成支撐針3之材料，可舉出鎢、鉭、鉑、錸及碳。又，支撐針3之前端面3a可不必為圓形狀，例如，亦可係橢圓形或四個角帶有弧度之四邊形。在此等形狀之情況下，前端面例如具有0.5～10μm之寬度。
接合部5由接合材料5a、5b構成，並形成於支撐針3之前端面3a與晶片1之基端部1b側之間。亦即，在由第一面F1與前端面3a界定出之區域填充接合材料5a，並在由第二面F2與前端面3a界定出之區域填充接合材料5b。接合材料5a、5b例如係透過蒸鍍或濺鍍而分別填充於上述區域。作為接合材料5a、5b之具體例，可舉出鉑、鎢、碳及金。
＜電子源之製造方法＞ 接著，說明電子源10之製造方法。電子源10之製造方法包含以下步驟。 (A)從電子發射材料之塊材B切出電子發射材料之晶片C之步驟(參照圖3(a)～圖3(c))。 (B)將晶片C固定於支撐針3之前端面3a之步驟(參照圖4(a)、圖4(b)及圖5)。 (C)在支撐針3之前端面3a上使晶片C之前端部變尖之步驟(參照圖6)。
[(A)步驟] (A)步驟包含以下步驟。 (a1)對塊材B之表面Fb照射離子束IB，而在塊材B形成構成晶片C之第一面F1之第一溝G1(參照圖3(a))。 (a2)對塊材B之表面Fb照射離子束IB，而在塊材B形成構成晶片C之第二面F2之第二溝G2(參照圖3(b))。 第一溝G1及第二溝G2，例如，可透過照射FIB(focused ion beam，聚焦離子束)而形成。形成第一溝G1後，改變塊材B的角度，再形成第二溝G2即可。經過藉由照射FIB而形成構成晶片C之側面之溝G3及溝G4之步驟，將晶片C從塊材B切出。然後，將探針P接合於晶片C之其中一個端部附近。此接合例如可透過蒸鍍鉑等金屬而實施。藉此，可利用探針P將晶片C挑起(參照圖3(c)及圖4(a))。
[(B)步驟] 如圖4(a)所示，將晶片C搬運至另外準備之支撐針3之前端面3a之上方。將晶片C之第一端部C1暫時固定於前端面3a。本實施態樣中，第一端部C1係由第一面F1及第二面F2構成。晶片C之暫時固定，例如可透過蒸鍍鉑等金屬而實施。然後，配合前端面3a的尺寸將晶片C切斷(參照圖4(b))。晶片C之切斷可透過FIB實施。然後，如圖5所示，在包含前端面3a及晶片C之第一端部C1的界面之區域形成接合部5。接合部5可透過蒸鍍或濺鍍而形成。
[(C)步驟] 圖6係示意表示實施使前端面3a上之晶片C之第二端部C2側變尖之加工時之情況之剖面圖。此加工可透過橫剖面形狀為甜甜圈狀之離子束IB實施。經過離子束IB之加工，從圖5所示之晶片C得到圖2所示之晶片1。又，亦可透過離子束IB對接合部5進行加工，以使接合部5之外側面與晶片1之外側面及支撐針3之外側面連續。
以上，詳細說明了本發明之實施態樣，但本發明不限於上述實施態樣。例如，在上述實施態樣中，說明了適用於熱電場發射型之電子槍之電子源，但亦可透過上述實施態樣之方法製造適用於電場發射型之電子槍之電子源。
在上述實施態樣中，例示晶片1之基端部1b由第一面F1及第二面F2構成之形狀(楔子狀)之情況，但如圖7(a)所示，晶片1之基端部1b亦可更具備前端面F3。此情況下，晶片之基端部的寬度(圖7(a)之寬度Wb)較佳為0.5μm以下，更佳為0.1～0.2μm。又，在上述實施態樣中，例示支撐針3具有前端面3a之情況，但支撐針3之前端亦可為尖銳形狀。即使支撐針3之前端較尖，仍可透過例如蒸鍍固定晶片C。支撐針3之前端的寬度Wa(圖7(b)之寬度Wa)與晶片1之基端部1b的寬度Wb較佳滿足以下之不等式所表示之條件1及條件2中的一方。 (條件1)1≦Wa/Wb≦10000 (條件2)1≦Wb/Wa≦10000 又，關於條件1，Wa/Wb之值更佳為1000～10000。關於條件2，Wb/Wa之值更佳為1000～10000。
在上述實施態樣中，例示晶片1之基端部1b抵接於支撐針3之前端面3a之情況，但亦可使支撐針3之前端與晶片1之基端部1b分離，並使兩者之間存在構成接合部5之材料(參照圖8)。
本發明關於以下事項。 [1] 一種電子源之製造方法，包含以下步驟： (A)步驟，從電子發射材料之塊材切出該電子發射材料之晶片； (B)步驟，將該晶片之第一端部固定於支撐針之前端；以及， (C)步驟，使固定於該前端之該晶片的第二端部變尖； (A)步驟包含以下步驟： (a1)步驟，透過對該塊材之表面照射離子束，而在該塊材形成構成該晶片之第一面之第一溝；以及， (a2)步驟，透過對該塊材之表面照射離子束，而在該塊材形成構成該晶片之第二面之第二溝； 該晶片之該第一端部包含夾角為10～90°之該第一面與該第二面； (B)步驟包含在該支撐針之該前端與該晶片之該第一端部之間形成接合部之步驟。 [2] 一種電子源，包含： 支撐針，包含前端； 晶片，包含第一及第二端部，且為電子發射材料；以及， 接合部，將該晶片之該第一端部固定於該支撐針之該前端； 該晶片之該第一端部包含夾角為10～90°之第一面與第二面。 [3] 如[2]所述之電子源，其中， 該晶片之該第一端部抵接於該支撐針之該前端。 [4] 如[2]或[3]所述之電子源，其中， 該支撐針之該前端的寬度Wa與該晶片之該第一端部的寬度Wb，滿足以下不等式所表示之條件1及條件2中的一方。 (條件1)1≦Wa/Wb≦10000 (條件2)1≦Wb/Wa≦10000 [5] 如[2]～[4]中任一項所述之電子源，其中， 該支撐針之該前端的寬度為0.5～10μm； 該晶片之該第一端部的寬度為0.5μm以下。 [6] 如[2]～[5]中任一項所述之電子源，其中， 在縱剖面中，該晶片之第二端部的角度為5～90°。 [7] 一種包含如[2]～[6]中任一項所述之電子源之裝置。 [實施例]
以下，基於實施例說明本發明。又，本發明不限於以下之實施例。
(實施例) 準備以下尺寸之LaB 6(電子發射材料)之塊材及鎢製之支撐針。 ＜LaB 6之塊材＞ ・直徑：約6mm ・厚度：約1mm ＜支撐針＞ ・前端面之直徑：約1μm
使用FIB加工機，從LaB 6之塊材切出晶片(參照圖9(a))。 ・晶片之寬度：約15μm ・晶片之高度：約5μm ・第一面與第二面之夾角：約60°
在以鎢製之探針固持晶片之狀態下，經由鉑將晶片暫時固定於支撐針之前端面。然後，透過FIB配合支撐針之前端面的尺寸將晶片切斷(參照圖9(b))。圖10係從圖9(b)之箭頭A的方向攝影晶片之SEM照片。
在包含晶片之基端部與支撐針之前端面之界面之區域，藉由蒸鍍鉑而形成接合部。鉑之蒸鍍係使用FIB實施。然後，使用FIB加工機，透過從晶片之上方照射橫剖面為甜甜圈狀之離子束，而使晶片之前端變尖(參照圖6)。經過此等步驟，製作出具有圖11所示之前端部之電子源。此前端部之角度β係14.9°。
1:晶片 1a:前端部(第二端部) 1b:基端部(第一端部) 3:支撐針 3a:前端面 5:接合部 5a,5b:接合材料 10:電子源 12a,12b:燈絲 15a,15b:電極 18:礙子 50:電子槍 B:塊材 C:晶片 C1:第一端部 C2:第二端部 F1:第一面 F2:第二面 F3:前端面 Fb:表面 G1:第一溝 G2:第二溝 G3,G4:溝 IB:離子束 L:長度 P:探針 Wa:寬度 Wb:寬度 α:角度 β:角度
圖1(a)係示意表示具備依本發明之電子源之電子槍之構成的一部份之前視圖，圖1(b)係電子源之前端部的放大圖。 圖2係圖1(b)所示之電子源之前端部的剖面圖。 圖3(a)及圖3(b)係示意表示透過離子束在電子發射材料之塊材形成溝之情況之剖面圖，圖3(c)係示意表示透過形成四個溝而從塊材切出晶片之狀態之俯視圖。 圖4(a)係示意表示以探針挑起切出之晶片之狀態之立體圖，圖4(b)係示意表示將晶片的一部份暫時固定於支撐針的前端面後，將晶片切斷之狀態之立體圖。 圖5係示意表示將晶片之基端部以金屬材料接合於支撐針的前端面之狀態之剖面圖。 圖6係示意表示透過橫剖面形狀為甜甜圈狀之離子束實施使晶片的前端部變尖之加工之情況之剖面圖。 圖7(a)係示意表示晶片(加工後)之其他態樣之側視圖，圖7(b)係示意表示支撐針之前端之側視圖。 圖8係示意表示在支撐針之前端與晶片(加工後)之基端部之間，存在構成接合部之材料之態樣之側視圖。 圖9(a)及圖9(b)係表示製作依實施例之電子源的過程之SEM照片。 圖10係從圖9(b)之箭頭的方向對晶片進行攝影之SEM照片。 圖11係表示依實施例之電子源的前端部之SEM照片。
1:晶片
1a:前端部(第二端部)
1b:基端部(第一端部)
3:支撐針
3a:前端面
5:接合部
5a,5b:接合材料
10:電子源
F1:第一面
F2:第二面
L:長度
α:角度
β:角度

Claims (7)

  1. 一種電子源之製造方法，包含以下步驟： (A)步驟，從電子發射材料之塊材切出該電子發射材料之晶片； (B)步驟，將該晶片之第一端部固定於支撐針之前端；以及， (C)步驟，使固定於該前端之該晶片的第二端部變尖； 該(A)步驟包含以下步驟： (a1)步驟，對該塊材之表面照射離子束，而在該塊材形成構成該晶片之第一面之第一溝；以及， (a2)步驟，對該塊材之表面照射離子束，而在該塊材形成構成該晶片之第二面之第二溝； 該晶片之該第一端部，包含夾角為10～90°之該第一面與該第二面； 該(B)步驟包含以下步驟： 在該支撐針之該前端與該晶片之該第一端部之間形成接合部。
  2. 一種電子源，包含： 支撐針，包含前端； 晶片，包含第一及第二端部，且為電子發射材料；以及， 接合部，將該晶片之該第一端部固定於該支撐針之該前端； 該晶片之該第一端部，包含夾角為10～90°之第一面與第二面。
  3. 如請求項2所述之電子源，其中， 該晶片之該第一端部抵接於該支撐針之該前端。
  4. 如請求項2所述之電子源，其中， 該支撐針之該前端的寬度Wa與該晶片之該第一端部的寬度Wb，滿足以下不等式所表示之條件1及條件2中的一方。 (條件1)1≦Wa/Wb≦10000 (條件2)1≦Wb/Wa≦10000
  5. 如請求項2所述之電子源，其中， 該支撐針之該前端的寬度為0.5～10μm； 該晶片之該第一端部的寬度為0.5μm以下。
  6. 如請求項2所述之電子源，其中， 在縱剖面中，該晶片之第二端部的角度為5～90°。
  7. 一種具備電子源的裝置，包含如請求項2～6中任一項所述之電子源。
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